En classes préparatoires scientifiques aux grandes écoles, nous consacrons 2h par semaine aux travaux d’initiative personnelle encadrés (TIPE). Il s’agit pour nos étudiantes et étudiants de sortir d’un cadre classique de cours, et de mener un projet scientifique sur une problématique de leur choix. Le but est de de mettre en œuvre une démarche scientifique avec une certaine autonomie, tout en étant aidé et guidé par des professeurs encadrants.
La démarche est évaluée dans la majorité des concours d’entrée dans les grandes écoles d’ingénieurs, principalement sous la forme d’un oral (15 minutes de présentation, 15 minutes d’échange avec un jury).
Il s’agit dans cette vidéo d’un entraînement à la présentation orale. Elle peut donc comporter des approximations ou des erreurs : soyez indulgents ! Un grand merci à nos étudiantes et étudiants de nous avoir permis de les filmer !
#TIPE #CPGE #QUIMPER #physique #vague #surf #mer #océan #parcoursup
euh donc le surf connaît depuis un certain nombre d’années une un engouement croissant notamment auprès de population euh de plus en plus éloignées des spotes de pratiques notamment des populations urbaines et il est probable que à l’image de l’escalade dans les années 90- 2000 la création de sites artificial de pratique deviennent pour les villes un enjeu de vitalité euh et de et de dynamique euh il devient alors nécessaire de s’interroger sur la création de T vague et sur les contraintes qui s’y appliqu euh et on souhaite donc étudier le phénomène de déferlement de vagu pour avoir euh des vages propises à la pratique du surf le si on observe le phénomène naturel on constate que les vagues donc des ondes mécaniques à la surface de l’eau ne défè le pas sur les au fond ou sur des fonds plats ou éventuellement on observe un déferlement glissant c’est-à-dire une vague qui s’affae sur mais sans que ce soit une forme qui nous intéresse particulièrement euh à l’inverse les surfeurs euh sont à la recherche de de relief sous-marin pour avoir un déferlement euh intéressant euh on peut avoir typiquement des bands de sable euh ou ce qu’on appelle des rifs des slabs et cetera euh le l’aspect intéressant le plus intéressant d’une vague et son creux et plus celle-ci est creuse euh plus elle est intéressante à s fait on les surfurs sont notamment à la recherche de ce qu’on appelle le tube donc une lèvre la lèvre de la vague son apex qui jetterait devant et fermerait un creux ici ouvert dans lequel on pourrait se placer qui s’appelle le tube on se pose donc alors la question des reliefs en question sur lesquel on ferait déferler nos vagues pour avoir les les vages optimales et on se pose donc précisément la question du lien qui existe entre la topographie d’un fond marin et la forme d’une vague lors de son j’ai procédé dans la dans mes recherche en trois axes d’une part un axe pratique manuel avec la conception et la réalisation d’un bord d’essai pour faire des pour créer faire des fa des Vail des manipulations et préliminaire pour ajuster le dispositif et établir un protocole facilement reproductible des manipulations final euh manipulation finale qui été filmé et qui nécessitait la création d’un code Python d’exploitation numérique donc qui qui consistait en une deuxème un deuxème axe de travail et enfin un trè axe qui était le développement d’un deuxème code Python celui-ci pour réaliser une simulation numérique de ma situation euh le tout aboutit d’une part à des résultats expérimentaux et d’autre part à une comparaison entre les résultats et la simulation pour voir si le modèle qu’on a adopté suffisait dire le les formes des vages qu’on souhait avir j’ai donc comme je disais commencé par la réalisation d’un Mo d’ESS celui-ci est constitué de bois enduit de résine époxy et de plexiglace sur les faces latérales il mesure 2 m par 60 cm par 50 cm j’ai pris les plus grandes dimensions que je pouvais contenu des matériaux acccepies sur le marché et de leur prix à titre de comparaison le banc de d’ESS similaire visible à Central Marseille mesure une vingtaine de mètres et il en existe un de d’une trentaine de mètres au Japon vous pouvez voir ici la réion époxique que j’ai utilisé et un band de erie improvisée avec une défonceuse fixée à la table pour rénurer le bois afin de pouvoir y encastrer le pix glace euh j’ai donc ensuite réalisé des des premières manipulations pour obtenir l’onde mécanique idéale à savoir une onde la plus grosse possible la plus grande possible en terme de hauteur euh mais de largeur à mi-hauteur petite devant la longueur du banc euh j’ai j’ai j’ai cherché donc le meilleur moyen de réaliser cette veille euh j’ai testé plusieurs hauteurs d’eau plusieurs masses plusieurs dispositifs et j’ai retenu une donc pour créer la vague une bassine de même largeur que le ban d’essai une masse dans celle-ci de 16 kg et une hauteur d’eau de 9,5 cm euh le tout étant réalisé sur un fond bleu euh euh et avec une E C euh j’ai ensuite créé mon dispositif final il consistait en implant incliné l’Est est maintenu au fond euh d’inclinaison variable euh de la bassine précédemment mentionnée euh et d’un appareil photo qui n’est pas représenté ici mais qui était placé au niveau euh de du plan incliné afin de filmer la le déferement de la vague en 200 FPS euh la bassine était déposée à la surface de l’eau euh et lâcher la sur ainsi ça me donnait une vague de 5 cm de haut à chaque fois qui et qui déferlait globalement toujours dans cette zone-ci euh j’ai donc pu ainsi obtenir les des vagues de la forme que vous voyez ici donc on voit que c’est trèstis très satisfaisant c’est similaire à des profils qu’on observe euh en en pratique sur des spots de surf sur les spots de surf les plus intéressants et les plus recherchés on a bien ici le tube comme on l’ esppérait avec avec la lèvre qui jette vraiment devant et qui ferme celui-ci euh on donc on a cette V en coupe qui est très intéressante et pour caractériser géométriquement la la vague et comme c’est le tube comme je le disais qui nous intéresse on se propose d’étudier la la la surface de ce tube la surface en courbe de ce tube euh en fonction de la de la pente du fond euh pour faire ceci j’ai commencé par récupérer mes vidéos de mon appareil photo j’ai isolé l’instant de l’impact de la lèvre sur l’eau devant donc l’instant auquel le tube se ferme sous tracker l’image précise j’ai ensuite recadré ces images en format 30 cm par 30 C m selon l’échelle et sous Gimp je les ai coloriés en bleu sauf pour l’intérieur du tube qui était lui l’ Ren en vert cette image donc ces images puisqu’il s’agissait donc d’une image par vidéo était ensuite ouvert sous un code Python code Python que j’ai réalisé et qui consiste en un comptage de pixel il prend en argument donc le nom du dossier contenant les images afin de les ouvrir la liste liste des angles mesurés sous trackur précédemment et par un produit en croix relativement simple en en connaissant le nombre de pixels total d’après les dimensions de l’image et en comptant le nombre de pixels verts selon des critères de seuil RVB on avait la surface de tube qui était donnée ici donc 900 pour 900 cm² le nombre de pixels vert divisé par la hauteur faut la largeur euh le CE pour nous donner enfin euh donc une liste de surfaces euh qu’il traçait en fonction des angles précédemment entrés euh ceci me donnait m’a donn dans un premier temps le graphique qui est ici euh donc il s’agit d’un nuage de points euh en plusieurs couleurs chaque couleur correspondant à un jour de manipulation euh comme vous pouvez le voir il n’y a pas de tendance globale qui se dégage immédiatement de ce nuage euh je suis donc revenu vers mes vidéos initiales pour essayer de comprendre ce qui ce qui posait problème et ce qui faisait qu’on avait pas les résultat auquel on s’attendait à savoir un tube plus grand quand la pente augmentait et j’ai réalisé que contrairement à ce que j’avais prévu mon plan incliné n’avait pas une position fixe son abscisse variait d’une vague à l’autre à cause du passage de celle-ci euh j’ai donc également relevé une liste d’abscisses pour la planche et j’ai un j’ai ajouté dans mon code une boucle pour que celui-ci retire toutes les tous les points pour lequel l’abscisse de la planche était trop éloignée de de l’abscisse des des précédents euh j’ai alors obtenu le graphique que que voici donc on voit bien que c’était effectivement le le bon souci qui a été identifié et on a cette fois vraiment une tendance qui se dégage euh ça reste assez éparpillé mais on a vraiment une tendance croissante [Musique] euh j’ai j’ai ensuite procédé à la création d’une simulation numérique basée sur l’équation que voici qui est tirée de hydrodynamique physique par les professeurs Guillon petit et Hulin euh et il s’agit donc de la vitesse d’un point de de la surface de l’eau euh euh donc du front de la vague à la surface de l’eau en fonction de G l’accélération de la pesanteur et h la hauteur de ce point par rapport au fond ce qu’on peut comprendre intuitivement de cette formule c’est que sur les traits au fond comme je le mentionné tout à l’heure euh tout la vague ne déferle pas parce que tous les points de la vague vont sensiblement à la même vitesse la hauteur de la vague étant négligeable devant la hauteur d’au totale en revanche sur les fonds plus faibles on va voir euh une différence de hauteur par rapport au fond non négligeable entre le haut et le bas de la vague le haut de la vague va donc avancer significativement plus vite et créer un déferlement glissant si cela se produit lentement donc par exemple sur fond plat et un déferlement plongeant et un tube si ce si cela se produit de manière brusque euh j’ai donc euh c’est c’est donc ce que j’ai mis en place dans une simulation numérique qui compose qui consiste en une double méthode de l’air en deux dimensions euh ma veugue était donc représentée dans le temps par une matrice en trois dimensions euh chaque plan de ma matrice correspond à un instant donc j’ai NT plan euh chaque instant est composé de NZ ligne le nombre de points et chaque point euh cha point est représenté par une abscisse une ordonnée et une vitesse verticale euh j’appliquais donc ensuite à chacun de donc j’initialis pardon d’abord euh ma le premier plan de ma matrice en la gaustienne que vous avez vu juste avant euh et et ensuite je je créche instant par instant tous les plans euh tous les plans suivants horizontalement la vitesse était donné par l’équation que je vous aié que je vous ai montré précédemment et verticalement j’avais un critère un peu particulier euh soit par défaut euh la vitesse de chaque enfin la hauteur pardon de chaque point était constante et sa vitesse verticale nulle et si jamais la vague creusait ce qui correspondait à avoir un point qui dépasse un point pr qui était initialement devant lui euh ce point se voyait alors attribuer à une vitesse verticale et une chute libre euh j’ai alors obtenu les profils suivants donc vous avez ici pour un angle de 5° ici pour un angle de 15°gr euh et à différents instants euh on voit visuellement qu’on a de fait un R qui ressemble à ce qu’on observe en pratique en mer et ici on commence à observer un déferlement euh de la et de la même on a exactement le même phénomène ici a avec de fites un déferlement qui semble jeter plus et qui donnerait lieu à un tube plus ha je malheureusement on ne peut pas faire de comparaison vraiment numérique avec les les résultats expérimentaux parce que malgré tout le profil de la vague ici est trop différent des profils obtenus expérimentalement en effet on voit qu’on a malgré tout un un creux de la vague qui est très petit et une lèvre très grosse et dans la suite de cette simulation le la la lèvre s’ffa trop vite pour avoir un tube d’air significative donc on comprend que le euh ce modèle mathématique n’était pas suffisant il est satisfaisant compte tenu de la simplicité de l’équation dont il est tiré mais il reste malgré tout assez assez rudimentaire euh on pourrait en effet l’améliorer en en tenant compte des mouvement des particules au sein de la vague sous l’eau ceci celles-ci décrivent des serples lorsque sur dans en lorsque la vague est en eau profond évolue en eau profonde et des ellipses lorsque la vague évolue en eau peu profonde et en effet on peut se convaincre de la de l’importance de ces mouvements de particules d’eau lorsqu’on observe par exemple le l’arrivée d’une vague sur une marche euh qui euh qui donnerait des résultats totalement différents de ce que ma simulation nous donnerait à priori euh pour conclure euh je suis très satisfait de mon PPE euh puisque j’ai d’une part réussi à créer un ban d’essai fonctionnel qui ne fuyait pas dans lequel j’ai pu réaliser toutes mes manipulations euh sans trop de souci euh j’ai réussi à créer des vagues euh plus que satisfaisantes elles étaient euh similaires à ce qu’on observe en milieu naturel elles étaient euh à l’échelle près propice à la pratique du surf euh j’ai réussi à à faire un code d’exploitation pour pouvoir exploiter mes vidéos correctement j’avais des protocoles euh reproductifes j’avais enfin une simulation perfectible mais fonctionnel jusqu’à un certain point et enfin on a établi enfin et surtout on a établi le lien entre la bâtimétrie et le profil d’une bague et donc plus la pente du fond est proncer plus la vague é preuse je vous remercie